現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)及新技術(shù)的運(yùn)用探究

【摘要】：產(chǎn)品在人類生活和工作中扮演著不可或缺的重要角色，是人類在文明進(jìn)步及與自然和諧相處過程中智慧結(jié)晶。現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)多門學(xué)科的結(jié)合體，它凝聚了材料、技術(shù)、生產(chǎn)、管理、需求、消費(fèi)、審美以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化等各方面的因素，是特定時(shí)代、特定地域的科學(xué)技術(shù)水平、生活方式、審美情趣等信息的綜合載體。

【關(guān)鍵詞】：產(chǎn)品設(shè)計(jì)；新技術(shù)；應(yīng)用

一、現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的內(nèi)涵要素

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，要考慮的因素很多。當(dāng)一件產(chǎn)品經(jīng)加工制造后進(jìn)入市場，最后移交到用戶手中，產(chǎn)品與人構(gòu)成了一種貫穿始終的但又變化的相互關(guān)系：人參與生產(chǎn)、運(yùn)輸銷售、使用操作，產(chǎn)品在與人接觸及為人提供各種方式服務(wù)的同時(shí)反過來影響人的使用。另外，由于產(chǎn)品與人共存于特定環(huán)境中，因此產(chǎn)品、人及產(chǎn)品與人之間的相互關(guān)系必定與環(huán)境構(gòu)成一種新的互動(dòng)關(guān)系。以汽車為例，人駕駛汽車，在人與汽車之間形成了一種密切的相互關(guān)系，一方面作為交通工具的汽車為人提供了一種新的生活方式，成為代步工具，但汽車的設(shè)計(jì)也直接影響到人的操作使用；另一方面，汽車本身與其他車輛、行人、街道、建筑構(gòu)成了一種新的環(huán)境關(guān)系，這種新的環(huán)境關(guān)系又反過來改變著人們的生活方式和生存環(huán)境，如汽車造成的噪聲、廢氣、交通阻塞、事故傷害等。如圖1-1所示，產(chǎn)品與人、產(chǎn)品與環(huán)境、環(huán)境與人之間相互影響，有著不可分割的內(nèi)在聯(lián)系。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是解決產(chǎn)品系統(tǒng)中人與物之間的關(guān)系，比如家電使用中的操作提示、操作舒適性、色彩宜人性等問題；又如汽車的外觀造型、駕駛安全性、乘坐舒適性問題等。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師既需要美術(shù)家一樣的審美眼光和造型能力，又需要工程師一樣的嚴(yán)謹(jǐn)思維。但產(chǎn)品設(shè)計(jì)師與工程技術(shù)人員及美術(shù)家又有很大差別。工程設(shè)計(jì)是解決產(chǎn)品系統(tǒng)中物與物之間的關(guān)系，如機(jī)床中齒輪的嚙合，汽缸與活塞的配合；藝術(shù)家的創(chuàng)作更是個(gè)人化的意愿表現(xiàn)，可以不顧市場、工程實(shí)現(xiàn)的制約因素。而產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作則不然，它是為大多數(shù)人服務(wù)，要為社會(huì)公眾所接受，因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員既要了解市場，又要懂得工程知識，使設(shè)計(jì)方案在解決人群需求前提下，更便于合理生產(chǎn)。

二、現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的類型和特點(diǎn)

1.按設(shè)計(jì)性質(zhì)劃分

從設(shè)計(jì)性質(zhì)的角度劃分，可分為方式設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)和改良設(shè)計(jì)。

方式設(shè)計(jì)是指著重于研究人們的行為與生活方式，設(shè)計(jì)出超越現(xiàn)有水平、滿足人們新的生活方式所需要的產(chǎn)品，即強(qiáng)調(diào)和改變?nèi)藗兩罘绞降脑O(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)是指不考察現(xiàn)有的生活水平、技術(shù)和材料，純粹在設(shè)計(jì)師預(yù)見能力所能達(dá)到的范圍內(nèi)考慮人們的未來與未來的產(chǎn)品，是一種開發(fā)性的對未來從根本概念出發(fā)的設(shè)計(jì)，如在每年舉辦的德國法蘭克福車展、北美國際車展和日本東京車展等世界著名車展中，環(huán)保、節(jié)能、外形前衛(wèi)的概念汽車始終是車展的亮點(diǎn)，如圖1-2。改良設(shè)計(jì)是在研究了現(xiàn)有技術(shù)、材料和市場等因素的前提下，對以往產(chǎn)品的缺陷或不足進(jìn)行改進(jìn)，主要集中在產(chǎn)品的功能和外觀設(shè)計(jì)上。如帶橡皮的鉛筆和自動(dòng)鉛筆的發(fā)明，就是對原有鉛筆的不足進(jìn)行了改良設(shè)計(jì)。

2.按生產(chǎn)方式劃分

從生產(chǎn)方式的角度來劃分，產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以劃分為手工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)兩大類型。

手工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)是以手工為主的設(shè)計(jì)，主要依靠人的雙手和簡單的工具對原料進(jìn)行有目的地加工與制作，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有較強(qiáng)的個(gè)性和風(fēng)格，如圖1-3。工業(yè)設(shè)計(jì)是指對所有的工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行的設(shè)計(jì)，其核心是對工業(yè)產(chǎn)品的功能、材料、構(gòu)造、形態(tài)、色彩、表面處理、裝飾諸要素從社會(huì)的、經(jīng)濟(jì)的、技術(shù)的、審美的角度進(jìn)行綜合處理。既要符合人們對產(chǎn)品的物質(zhì)功能的要求，又要滿足人們審美情趣的需要，還要考慮經(jīng)濟(jì)等方面的因素。它是人類科學(xué)性、藝術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、社會(huì)性有機(jī)統(tǒng)一的創(chuàng)造性活動(dòng)。

3.按使用目的劃分

從使用目的的角度劃分，可分為日用品設(shè)計(jì)、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、交通工具設(shè)計(jì)、家具設(shè)計(jì)、紡織品設(shè)計(jì)和服裝設(shè)計(jì)等。

日用品又稱生活用品，是指人們?nèi)粘Ｉ钪行枰褂玫奈锲贰Ｈ沼闷吩O(shè)計(jì)就是對普通人日常生活必需品的設(shè)計(jì)，如洗漱用品、化妝用品、家居用品、廚衛(wèi)用品、床上用品、裝飾用品等家庭用品的設(shè)計(jì)。電子產(chǎn)品主要是指個(gè)人或家庭的消費(fèi)類電子產(chǎn)品，如電視機(jī)、收音機(jī)、影碟機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)、組合音響、電話、個(gè)人計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)備、家用電子保健設(shè)備等。交通工具包括個(gè)人的和公共的交通工具，如滑板車、自行車、摩托車、汽車、火車、船、艇和飛機(jī)等。家具設(shè)計(jì)既屬于工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，又屬于環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)。一件精美的家具不僅實(shí)用和耐久，而且必須符合人體工程學(xué)的要求，在具有良好的審美價(jià)值的同時(shí)，還要與陳設(shè)環(huán)境保持協(xié)調(diào)。服裝設(shè)計(jì)是以面料做素材，以人體為對象，塑造出與人體搭配得當(dāng)?shù)拿赖淖髌贰７b設(shè)計(jì)首先要明確設(shè)計(jì)目的，根據(jù)穿著對象、時(shí)間、環(huán)境和場合等基本條件進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)想，尋求人、服裝與環(huán)境的高度和諧。

三、現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本要素

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是人們精神需要的增強(qiáng)，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出了更多的要求，其概念、內(nèi)涵也隨之豐富，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要素被賦予了新的內(nèi)涵。綜合考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各種因素，可以將其分為四個(gè)方面：

（1）.人的要素

包括人的生理和心理要素，如價(jià)值觀、生活意識、心理特征等方面。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，人的要素可以通過人體計(jì)量測定、人機(jī)工程學(xué)的心理測定等方法取得所需的數(shù)據(jù)。人的需求是設(shè)計(jì)對象存在的目的，根據(jù)馬斯洛的需求層次理論，可以明確個(gè)體產(chǎn)品的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。生理需求是人最基本的需求，其后依次為安全需求、社交需求、尊重需求和自我實(shí)現(xiàn)的需求。因此，設(shè)計(jì)師首先要探索人們的需求動(dòng)因，把握準(zhǔn)人們的需求，了解消費(fèi)心理特點(diǎn)，這樣才能設(shè)計(jì)出被大眾和市場認(rèn)可的產(chǎn)品。

（2）.功能要素

功能是指產(chǎn)品所具有的某種特定功效和性能，是產(chǎn)品的決定性因素，功能決定著產(chǎn)品的造型，但功能不是決定造型的唯一因素，而且功能與造型也不是一一對應(yīng)的關(guān)系。功能就是產(chǎn)品的用途與性能，既是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目的又是產(chǎn)品賴以生存的根本條件。每件工業(yè)產(chǎn)品都應(yīng)具有使用功能，如機(jī)床有加工零件和組裝分選零部件的作用，電子計(jì)算機(jī)有儲(chǔ)存信息和高速準(zhǔn)確運(yùn)算的功能。功能對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和造型起著主導(dǎo)的、決定性的作用。功能決定造型，造型表現(xiàn)功能，但造型既不是簡單的功能部件的組合，也不是雜亂無章的功能堆砌，而是建立在研究人和機(jī)器的關(guān)系之上，即機(jī)器、設(shè)備的設(shè)計(jì)要考慮人機(jī)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，給人以親近感，使人感到使用操作舒適、安全、省力、高效，從而更好地體現(xiàn)出功能特點(diǎn)和效用。

（3）.造型要素

造型是產(chǎn)品為了表現(xiàn)一定目的所采取的結(jié)構(gòu)或方式，是具備特定功能的產(chǎn)品實(shí)體形態(tài)，其中包括產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài)、色彩和材料等多種形式要素。

產(chǎn)品的造型是為功能服務(wù)的，它必須體現(xiàn)功能，有助于功能的發(fā)揮。例如，杯子的功能是用來喝水的，但具有喝水和盛水功能的杯子的形態(tài)卻是多種多樣的：水壺是用來盛茶水的，但是水壺的形態(tài)卻是變化無窮。如果從造型的角度出發(fā)，在滿足喝水、盛水功能和形態(tài)美觀的同時(shí)，進(jìn)一步考慮人們手握方便、利于清洗、合理擺放，以及構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化以利于生產(chǎn)等因素時(shí)，那么造型形象就起到了對功能進(jìn)一步補(bǔ)充和完善的積極作用（圖1-4）。

（4）.技術(shù)要素

功能的實(shí)現(xiàn)和造型的確立需要構(gòu)成產(chǎn)品的材料，以及賦予材料以特定的造型乃至功能的各種技術(shù)、工藝和設(shè)備，被稱為產(chǎn)品的物質(zhì)技術(shù)條件。物質(zhì)技術(shù)條件是實(shí)現(xiàn)功能與造型的根本條件，是構(gòu)成產(chǎn)品功能與造型的中介因素。它也具有相對的不確定性，相同或類似的功能與造型，如椅子，可以選擇不同的材料，材料不同，加工方法也不同。因而，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師只有掌握了各種材料的特性與相應(yīng)的加工工藝，才能更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的物質(zhì)技術(shù)條件能反映出產(chǎn)品的科學(xué)性、先進(jìn)性、時(shí)代性和藝術(shù)性。在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，材料選擇與結(jié)構(gòu)方式設(shè)計(jì)是十分重要的。同時(shí)，材料與結(jié)構(gòu)又是密不可分，不同的材料特性，用不同的方法去加工、聯(lián)接和組合；不少新穎巧妙的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)正是伴隨著對材料特性的認(rèn)識和應(yīng)用而發(fā)展形成的。

四、 現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中新技術(shù)的運(yùn)用

1、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）主要以有限元分析技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合了迅速發(fā)展中的計(jì)算力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、相關(guān)的工程管理學(xué)與現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)而形成的一門綜合性、知識密集型的學(xué)科。其相關(guān)的軟件稱為CAE軟件。隨著高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，CAE軟件將成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)其工程創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新的得力助手和有效工具。開發(fā)團(tuán)隊(duì)通過使用CAE軟件，可以對其創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案快速實(shí)施性能與可靠性分析，并進(jìn)行虛擬運(yùn)行模擬，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，在實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的同時(shí)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低研究開發(fā)成本，縮短研究開發(fā)周期。CAE技術(shù)的正確應(yīng)用，可以有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，凡是設(shè)計(jì)開發(fā)能力愈強(qiáng)的企業(yè)，其CAE技術(shù)的應(yīng)用水平就愈高。CAE技術(shù)的應(yīng)用貫穿于企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)流程，并且在各個(gè)環(huán)節(jié)都發(fā)揮著重要作用，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)利潤。

2、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)

集成化、智能化和高度的自動(dòng)化是未來設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)。提供一個(gè)共享的產(chǎn)品定義給系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。因此，特征建模是非常有必要的。相較于前一代的幾何造型方法，特征造型方法的特點(diǎn)和作用如下：其一，它使產(chǎn)品的完整技術(shù)和生產(chǎn)管理信息得到更好的表述，服務(wù)于產(chǎn)品的集成信息模型的建設(shè)。它可以使用計(jì)算機(jī)對產(chǎn)品模型進(jìn)行理解和處理，然后統(tǒng)一起來，替換掉傳統(tǒng)的技術(shù)，這樣可以同時(shí)開展各環(huán)節(jié)的工作，使得信息流暢通。其二，它提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的層次，設(shè)計(jì)人員的操作對象由原來的線條和要素，上升到產(chǎn)品的定位孔和鍵槽等功能要素上。引用特征可以使設(shè)計(jì)意圖直接被體現(xiàn)出來，進(jìn)而可以建造出易于人們理解和生產(chǎn)的產(chǎn)品模型，以及可隨意變動(dòng)的圖樣，從而，設(shè)計(jì)人員可以省下很多的精力，用來進(jìn)行創(chuàng)造性構(gòu)思。其三，它可以促進(jìn)各部門之間的聯(lián)系，可以在各個(gè)后續(xù)環(huán)節(jié)中更好地貫徹產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖，并且能將后者的意見及時(shí)地反饋給前者，為在統(tǒng)一產(chǎn)品的基礎(chǔ)上創(chuàng)建新一代信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。其四，它有助于歸納總結(jié)各行業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3、工程（KBE）技術(shù)

KBE將人工智能（包括知識庫、知識規(guī)則、邏輯推理等）與CAX系統(tǒng)（CAD、CAE、CAM）有機(jī)地結(jié)合起來，使其應(yīng)用對象從幾何造型、分析、制造延伸擴(kuò)展到工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，形成了工程設(shè)計(jì)與CAX系統(tǒng)的無縫連接。KBE的關(guān)鍵技術(shù)是：知識的表示、知識獲取和知識建模，以最快的速度開發(fā)出高知識含量的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品。在工廠實(shí)際中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師最需要的是類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案。因此我們建立了基于注塑件產(chǎn)品的模架設(shè)計(jì)模塊，并集成于注塑模模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)。該事例推理系統(tǒng)主要用于向模具設(shè)計(jì)工程師提供設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方案參考。

4、3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響主要體現(xiàn)在對產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念、產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)等方面。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是建立在土業(yè)革命以來所形成的大批量生產(chǎn)方式之上的，這意味著消費(fèi)者的差異性在設(shè)計(jì)過程中難以體現(xiàn)。為了追求大規(guī)模生產(chǎn)，消費(fèi)者被假定為一模一樣的人，個(gè)性需求被忽視了日。采用3D打印技術(shù)可大大縮短產(chǎn)品原型的制作時(shí)一間，從以往的幾天甚至幾個(gè)星期變?yōu)閹仔r(shí)。另外使用企業(yè)內(nèi)部的3D打印設(shè)備制作原型甚至小批量生產(chǎn)，避免了由于原型制作生產(chǎn)的外包而帶來的知識產(chǎn)權(quán)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。在產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)間的交流與討論是推進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)程的重要手段。順暢而高效的設(shè)計(jì)交流是產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)取得成功的重要保證。在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)往往只能借助較為抽象的2D平面圖紙作為可視化媒介來進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)討論。手土制作的概念草模在一定程度上能夠彌補(bǔ)平面媒介直觀性的不足，但在精度、質(zhì)感、觸感等方面與概念的設(shè)計(jì)預(yù)期都存在較大偏差。上述狀況無形中限制了團(tuán)隊(duì)間關(guān)于產(chǎn)品概念的有效交流。3D打印的應(yīng)用能夠?qū)⒕珳?zhǔn)的概念模型引入設(shè)計(jì)討論的時(shí)一間大大提前。隨著3D打印技術(shù)的日趨成熟，獨(dú)立設(shè)計(jì)師對于傳統(tǒng)加土業(yè)的依賴性將越來越小。未來的3D打印技術(shù)可以讓設(shè)計(jì)師自行制造設(shè)計(jì)作品，然后通過傳統(tǒng)渠道或者一網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行銷售。設(shè)計(jì)師完全可以根據(jù)訂單進(jìn)行生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)零庫存，規(guī)避商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)隨著3D打印的興起，生產(chǎn)制造格局由以往的集中化、大批量的令業(yè)化制造轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⒒⑿∨康纳鐣?huì)化制造。

五、結(jié)語

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)是工業(yè)現(xiàn)代化和市場競爭的必然產(chǎn)物，其設(shè)計(jì)對象是以工業(yè)化方法批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。產(chǎn)品設(shè)計(jì)對現(xiàn)代人類社會(huì)有著巨大的影響，同時(shí)又受到科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)水平和條件的制約。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的性質(zhì)決定了它是一門覆蓋面很廣的交叉科學(xué)，涉足如人體工程學(xué)、材料學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)、色彩學(xué)、方法學(xué)、市場學(xué)和社會(huì)學(xué)等，它們彼此聯(lián)系、相互交融，結(jié)成有機(jī)的統(tǒng)一體。

高新技術(shù)的蓬勃發(fā)展從客觀上要求先進(jìn)的工藝技術(shù)和有形的物質(zhì)資源盡快以產(chǎn)品的形式落到實(shí)處，并且通過產(chǎn)品與科技的交織來不斷改善產(chǎn)品的性能與擴(kuò)展產(chǎn)品的功用。科技性要求設(shè)計(jì)師利用層出不窮的新興技術(shù)成果，并依據(jù)物與人的關(guān)系、人機(jī)工程學(xué)、市場營銷學(xué)與價(jià)值工程學(xué)等，來解決各種矛盾以達(dá)到產(chǎn)品與外界的內(nèi)在和諧統(tǒng)一。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，科技性是保證產(chǎn)品功能性能得以實(shí)現(xiàn)的首要因素，以高科技為基礎(chǔ)對產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部造型，甚至是涵蓋其中的科學(xué)原理進(jìn)行的全方位設(shè)計(jì)，往往能給消費(fèi)者帶來更多便捷的實(shí)用功能。

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